TOTEM : en avant pour de nouvelles découvertes

Après deux années de travaux d’amélioration très intenses pour TOTEM, la collaboration est maintenant prête à explorer les nouvelles perspectives de physique aux petits angles qu’offrira une énergie de 13 TeV.


 

Deux pots romains (un vertical et un incliné) de l'expérience TOTEM, dans le tunnel du LHC. La rotation des pots romains est l'une des opérations réalisées par la collaboration TOTEM pendant le LS1.

Le dispositif d’expérimentation TOTEM qui sera en fonctionnement durant la deuxième campagne du LHC sera plus performant que celui de la première campagne : les détecteurs pots romains ont été reconfigurés de manière à remédier à l’empilement, et ont été adaptés pour pouvoir recevoir prochainement des détecteurs de temps de vol de haute précision. En outre, leurs caractéristiques d’impédance ont nettement été améliorées pour permettre au faisceau d’être approché d’une manière plus sûre à des intensités plus fortes. Enfin, pour faire suite au Mémorandum d’accord signé en 2014 par TOTEM et CMS, les deux expériences ont travaillé à l’amélioration de leurs systèmes de lecture et d’acquisition de données et à la conception d’un système de déclenchement commun.

Lors de la première campagne du LHC, les opérateurs ont procédé à des exploitations spécifiques au moyen d’une optique spéciale permettant de produire des dimensions de faisceau importantes et une dispersion angulaire plus petite aux points d’interaction afin que TOTEM puisse étudier de près le mode de diffusion à très petits angles. Grâce aux exploitations spécifiques qui seront réalisées durant la deuxième campagne d’exploitation, les physiciens de TOTEM examineront de façon plus approfondie les interactions entre les protons du LHC résultant exclusivement d’un changement de leur direction de propagation (diffusion élastique) et mesureront précisément la section efficace totale à la nouvelle énergie du LHC.

Outre la diffusion élastique, TOTEM étudie également des processus d’interaction plus complexes, dits « interactions pomeron-pomeron ».  Le nouvel appareil d’expérimentation apportera une plus grande flexibilité à TOTEM et à CMS, leur permettant de réaliser des mesures dans une large gamme de scénarios d'interaction de faisceau lors d'exploitations spécifiques, mais aussi lors de cycles de collisions standard du LHC à pleine luminosité (avec des valeurs de β*comprises entre 0,5 m et ~ 2 500 m).

L’instrumentation optimisée permettra aux équipes des expériences TOTEM et CMS d’étiqueter de façon plus performante les protons dans la région des très petits angles (les particules se déplaçant à de petits angles par rapport à l’axe du faisceau) et d’étudier la production de particules correspondante pour les rapidités centrales (les particules se déplaçant à de grands angles par rapport à l’axe du faisceau). Au cours de la deuxième campagne du LHC, la collaboration, pour la première fois, réalisera ces études sur la gamme complète des masses invariantes allant jusqu’à 1 TeV, ce qui ouvrira des perspectives de découverte de nouvelle physique au-delà du Modèle standard par la recherche des événements aux énergies manquantes et la production de nouvelles particules. En outre, la capacité améliorée d'étiqueter et de mesurer les masses produites dans la région des basses énergies (plusieurs GeV) offre des possibilités exceptionnelles de découverte de nouveaux états liés en chromodynamique quantique (QCD).

Avec le redémarrage du LHC, la collaboration TOTEM se tient prête à obtenir des résultats encore plus intéressants.

par TOTEM Collaboration